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Mit der Tiefenwasserbeluftung oder hypolimnischen Beluftung wird der Sauerstoffbedarf im Tiefenwasser durch die Luftzufuhr aus der Atmosphare gedeckt ohne dabei die naturliche Stratifikation des Sees zu zerstoren Das Tiefenwasser bleibt aerob die Rucklosung von Phosphaten wird deutlich verringert und die Mineralisation der Sedimente verbessert Langjahrige wissenschaftliche Erkenntnisse zeigen dass es moglich ist das Tiefenwasser durch die technischen Beluftungsmassnahmen ganzjahrig aerob zu halten und dadurch das Gleichgewicht der Seen moglichst effektiv wiederherzustellen 1 Inhaltsverzeichnis 1 Problem der Eutrophierung 2 Technische Moglichkeiten der Tiefenwasserbeluftung 2 1 Technologien 2 2 Einsatzmoglichkeiten 2 2 1 Trinkwasserherstellung in Talsperren 2 2 1 1 pH Wert und Korrosion 2 2 1 2 Eisen und Mangan 2 2 1 3 Nahrstoffkonzentrationen und Faulschlammbildung 2 3 Planung und Auslegung einer Tiefenwasserbeluftung 2 4 Beispiele erfolgreicher Tiefenwasserbeluftungen 3 EinzelnachweiseProblem der Eutrophierung BearbeitenWahrend der Sommerstagnation entsteht in eutrophen dimiktischen Seen ein Sauerstoffdefizit in den Tiefenzonen Infolge starker Nahrstoffeintrage nimmt die Trophie der Seen zu Die Folgen sind erhohte Phosphorkonzentrationen verstarktes Algenwachstum und eine entsprechend erhohte Sauerstoffzehrung in den Tiefenzonen Dadurch kann der hier gespeicherte Sauerstoff im Extremfall vollstandig aufgezehrt werden und das Tiefenwasser wird anaerob Unter anaeroben Bedingungen treten neue Bakterienpopulationen auf die den Zersetzungsvorgang im Sediment fortfuhren Im anaeroben Milieu entsteht Faulschlamm wahrend sich Ammonium Eisen und Mangan sowie toxischer Schwefelwasserstoff im Wasserkorper anreichern Das Hypolimnion ist jetzt nicht nur lebensfeindlich sondern es stellen sich in diesem Milieu auch steigende Phosphatrucklosungen aus den Sedimenten ins Tiefenwasser ein die das Gewassersystem nach der nachsten herbstlichen Vollzirkulation durch erhohte Phosphorkonzentrationen zunehmend belasten Besonders in Hinblick auf die Trinkwasserproduktion in Talsperren und die dafur geltenden Grenzwerte der Trinkwasserverordnung stellen diese Verschlechterungen des Gewasserzustands ein ernstes Problem dar Die Tiefenwasserbeluftung kann diesen Prozess verhindern Technische Moglichkeiten der Tiefenwasserbeluftung BearbeitenBei der Tiefenwasser Beluftung wird das Tiefenwasser mit Sauerstoff angereichert es sollen nur die unteren Schichten behandelt werden damit keine Durchmischung stattfindet Nur wenige Techniken sind fur die Tiefenwasserbeluftung geeignet die Herausforderung ist die Wassersaule bei hohem Druck in der Tiefe muss der Sauerstoff in moglichst feinen Blasen ausstromen und als geloster Sauerstoff in den Wasserkorper ubergehen Technologien Bearbeiten Es gibt unterschiedliche Methoden der Tiefenwasser Beluftungsanlagen starre senkrecht im Wasser stehende Einzel Belufter TIBEAN oder auch TWBA abgekurzt oder auf der Gewassersohle verlegte Druck ausgleichende Feinblasige Beluftungslinien DRAUSY oder auch Druck ausgleichendes Schlauchsystem Einsatzmoglichkeiten Bearbeiten Die Einsatzmoglichkeiten von Tiefenwasserbeluftungsanlagen sind vielseitig Erhaltung der Tiefenzone als aeroben Lebensraum fur Fische und andere hohere Lebewesen 2 3 Reduzierung des Nahrstoffangebots im Gewasser 1 Verhinderung von Faulschlammbildung verstarkter Ammoniumproduktion und Bildung von toxischem Schwefelwasserstoff 1 Verringerung der Kosten der Trinkwasserherstellung 1 Gezielte Behandlung des Tiefenwassers mit Fallmitteln Trinkwasserherstellung in Talsperren Bearbeiten Speziell in Hinblick auf die Trinkwasserherstellung in Talsperren ermoglicht die Tiefenwasserbeluftung eine signifikante Verringerung der Kosten und eine erleichterte technische Aufbereitung des Tiefenwassers 1 Da in Talsperren meistens das Tiefenwasser unterhalb der Sprungschicht zur Trinkwasserherstellung abgezogen wird hat eine verbesserte Wasserqualitat des Hypolimnions einen direkten Einfluss auf die Trinkwasserherstellung Im Hinblick auf die geltenden Grenzwerte der Trinkwasserverordnung ergeben sich folgende Zusammenhange pH Wert und Korrosion Bearbeiten Fur den pH Wert von Trinkwasser gilt der Grenzwert 6 5 bis 9 5 4 pH Werte die vom neutralen Bereich pH 6 5 bis 7 5 abweichen stellen grundsatzlich ein Problem dar da sie einen Hinweis auf das Korrosionsverhalten des Wassers geben So greift leicht saures Wasser pH 4 bis 6 5 meist verzinkte Eisenrohre aber auch Kupfer und Asbestzementrohre an 5 Man spricht hierbei von der Saurekorrosion Praktische Erfahrungen haben gezeigt dass die Verwendung ungeschutzter verzinkter Stahlrohrleitungen nur bei neutralen pH Werten von etwa 7 3 moglich ist Durch niedrigere pH Werte wird die Abtragung der Reinzinkschicht gefordert 6 Naturliche kalte Wasser zeigen infolge der gelosten Salze und Gase meist eine leicht alkalische Reaktion Dies geschieht durch die Einstellung von Gleichgewichtskonzentrationen des gelosten Kohlendioxids in Form von Hydrogenkarbonationen und Karbonationen Hohere alkalische pH Werte pH 9 bis 14 fuhren in Gegenwart von Sauerstoff als Oxidationsmittel zur sogenannten Sauerstoffkorrosion Zur Vermeidung der beschriebenen Saure bzw Sauerstoffkorrosion werden dem Rohwasser bei der Trinkwasserherstellung Pufferlosungen zudosiert Durch die pH Wert stabilisierende Wirkung der Tiefenwasserbeluftung kann der Einsatz dieser Pufferlosungen reduziert und somit die Betriebskosten gesenkt werden 1 Eisen und Mangan Bearbeiten Fur die Konzentrationen von Eisen und Mangan in Trinkwasser gelten die Grenzwerte 200 µg l bzw 50 µg l 4 Obwohl sie als essentielle Spurenelemente im Trinkwasser durchaus erwunscht sind werden bereits leicht erhohte Eisen bzw Mangankonzentrationen aus technischer und hygienischer Sicht als storend betrachtet 7 Eisen und Mangan sind bei sauerstoffarmem Wasser als Ionen gelost Das naturlich vorhandene Eisen und Mangan liegt vorwiegend als zweiwertige losliche Eisen II bzw Mangan II Verbindung vor Bei sehr hohen Konzentrationen macht sich eine gelbe Farbung des Wassers bemerkbar Wird diesem Wasser Sauerstoff zugefuhrt erfolgt die Oxidation zu dreiwertigem Eisen bzw Mangan wobei Eisen rotbraune und Mangan schwarze Niederschlage bildet Diese Niederschlage verursachen Farbungen und Trubungen des Wassers und fuhren zu den als Rostflecken bekannten Wascheverfarbungen Die Fallungen konnen ausserdem zur Verengung von Rohrleitungen und Ablagerungen auf Armaturen fuhren Eisengehalte uber 0 3 mg l und Mangangehalte uber 0 5 mg l machen sich als unangenehmer metallischer Geschmack bemerkbar 8 Die Tiefenwasserbeluftung stellt ein aerobes Milieu des Hypolimnions sicher und sorgt somit fur eine Oxidation und Fallung der gelosten Eisen und Manganverbindungen bevor das Wasser in den entsprechenden Anlagen zu Trinkwasser aufbereitet wird Auf diese Weise lassen sich weitere Betriebskosten fur die Entfernung der gelosten Eisen und Manganverbindungen einsparen Die Menge und Mobilitat von Eisen ist ebenfalls fur die Beeinflussung des redoxkontrollierten Phosphor Haushaltes bedeutsam 9 Das aus anaeroben Sedimentschichten nachdiffundierende zweiwertige Eisen wird an der Grenzzone zwischen anaerobem Sediment und aerobem Wasser oxidiert und kann sich dadurch in der obersten Sedimentschicht anreichern Je starker diese Anreicherung ist desto wirksamer kann die aerobe Grenze zwischen Sediment und Wasser als Diffusionsbarriere fur Phosphat fungieren 1 Nahrstoffkonzentrationen und Faulschlammbildung Bearbeiten Wie bereits erwahnt dient die Tiefenwasserbeluftung in einem hohen Masse auch der Reduzierung von Nahrstoffkonzentrationen Aerobe Bedingungen fordern die Nitrifikation und die nachfolgende Denitrifikation was zur Stickstoffentlastung des Systems beitragt 1 Durch die chemische und mikrobielle Oxidation reduzierter Substanzen wie Schwefelwasserstoff und Methan kann die Abbauaktivitat von organischer Materie intensiviert und damit die Faulschlammbildung verringert werden Aerobe Bedingungen im Tiefenwasser gelten ausserdem als wichtige Voraussetzung die redoxkontrollierte Rucklosung von Phosphor aus dem Sediment zu verringern bzw eine Ruckfallung von freigesetztem Phosphor zu ermoglichen Auf diesem Wege konnen durch die Tiefenwasserbeluftung zusatzliche Kosten bei der Trinkwasserproduktion wie beispielsweise durch Verzicht auf eine Denitrifikationsstufe oder ein geringerer Bedarf an Flockungsmitteln eingespart werden 1 Planung und Auslegung einer Tiefenwasserbeluftung Bearbeiten Der erste Schritt sollte immer eine morphometrische Vermessung des Gewassers sein um den Gewasseruntergrund und die damit verbundenen Anforderungen an die technische Auslegung einschatzen zu konnen und spater den optimalen Standort der Anlage zu bestimmen Zur exakten technischen Auslegung bedarf es der Auswertung diverser Messreihen von Parametern wie Nahrstoffkonzentrationen Temperaturschichtung pH Wert und zeitlicher Sauerstoffganglinie um Berechnungen von Stromungsgeschwindigkeiten Stofftransportmengen und Schwebstoffverteilung im Hypolymnion vornehmen zu konnen Die Entscheidungsfindung bei der Auswahl geeigneter Techniken hangt von unterschiedlichen Faktoren ab wird eine punktuell oder flachige Behandlung angestrebt wie hoch ist der Sauerstoffbedarf in welcher Tiefe soll behandelt werden etc Beispiele erfolgreicher Tiefenwasserbeluftungen Bearbeiten nbsp Tiefenwasserbeluftungsanlage vom Typ Schonbrunn an der Bleilochtalsperre 1978 10 Aabachtalsperre Paderborn NRW Achimsee Winsen Niedersachsen Auensee Leipzig Sachsen Badesee Bensheim Bensheim Hessen Badesee Gernsheim Gernsheim Hessen Bleilochtalsperre Saale Orla Kreis Thuringen Bootshafen Kiel Kiel SH Brennsee Villach Osterreich Eichbaumsee Allermohe Hamburg Problem besteht fort Esterhazy See Eisenstadt Osterreich Flensburger Hafen Flensburg SH Freibad Walldorf Walldorf BW Fuhlinger See Koln NRW Glambecker See Neustrelitz MV Heidesee Forst Forst BW Heilenbecker Talsperre Ennepetal NRW Kahrteich Wien Osterreich Krupunder See Pinneberg SH Lago di Terlago Trient Italien Lazberc Stausee Banhorvati Ungarn Lagoa das Furnas Furnas Portugal Muggesfelder See Segeberg SH Poviestsee Warthe Brandenburg Runstedter See Braunsbedra Sachsen Anhalt Sacrower See Potsdam Brandenburg Schlesersee Carpin MV Schmaler Luzin Feldberg MV Talsperre Schonbrunn Kreis Hildburghausen Thuringen nur kurz eingesetzt Sodenmattsee Bremen Bremen Steinbrunner See Steinbrunn Osterreich Tilgteich Wien Osterreich Wahnbachtalsperre Siegburg NRW Waldsee Forst Baden Wurttemberg Watzelsdorfer See Watzelsdorf Osterreich Einzelnachweise Bearbeiten a b c d e f g h i C Steinberg H Bernhardt Handbuch Angewandte Limnologie 14 Erg Lfg 4 0 Verlag Huthig Jehle Rehm 2002 ISBN 3 609 75820 1 J L Doke W H Funk S T J Juul B C Moore Habitat availability and benthic invertebrate population changes following alum treatment and hypolimnetic oxygenation in Newman Lake Washington In J Freshwat Ecol 10 1995 S 87 100 B Wehrli A Wuest Zehn Jahre Seenbeluftung Erfahrungen und Optionen EAWAG Dubenedorf Zurich Schweiz 1996 ISBN 3 906484 14 9 a b Anlage 3 der Trinkwasserverordnung Die Bedeutung einzelnen Trinkwasserparameter Wasserverband Grossraum Ansfelden 29 August 2003 http wasserverbandansfelden riscompany net medien download 50330502 1 pdf Wasserqualitat Spezialteil Korrosion www waterquality de know how online http www waterquality de trinkwasser K HTM Die Bedeutung einzelnen Trinkwasserparameter Wasserverband Grossraum Ansfelden 29 August 2003 http wasserverbandansfelden riscompany net medien download 50330502 1 pdf Die Bedeutung einzelnen Trinkwasserparameter Wasserverband Grossraum Ansfelden 29 August 2003 http wasserverbandansfelden riscompany net medien download 50330502 1 pdf D R S Lean D J McQueen V R Story Phosphate transport during hypolimnetic aeration In Arch Hydrobiol Band 108 1986 S 269 280 H Klapper Eutrophierung und Gewasserschutz Gustav Fischer Stuttgart Jena 1992 ISBN 3 334 00394 9 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Tiefenwasserbeluftung amp oldid 237224421